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导读: 物联网已经不仅仅是技术,它还带来了方法论层面的变革;更进一步,它还是一种新的思维方式,让我们有机会以前所未有的角度认知物理世界、前所未有的方式改造物理世界。

导  读

在本文中,我将尝试探讨以下问题:

为什么看懂CPS对于理解物联网的未来尤为重要?

CPS描绘了怎样的未来蓝图?

CPS为我们更深的认知和改造物理世界,提供了哪些思路?

在多个产业环节,原有的通用性芯片的发展思路显然不能满足万物互联的需求,因此,针对不同场景研发不同垂直领域的芯片成为一种新的“解题方式”,所以你会看到越来越多的IoT公司正在自行研发算法更优化、功耗与成本更低的芯片,以满足智能家居、智能音箱、智能摄像头、自动驾驶汽车等特定场景的需求。

也就是说,物联网已经不仅仅是技术,它还带来了方法论层面的变革;更进一步,它还是一种新的思维方式,让我们有机会以前所未有的角度认知物理世界、前所未有的方式改造物理世界。

如果你把物联网作为新技术,可以开发一些创新硬件和方案,撬动百亿级的市场;如果你把物联网作为方法论,可以用它变革传统行业与流程,撬动千亿级的市场;如果你把物联网作为思维方式,有可能改变整个物理世界的互联方式,撬动的是不止万亿级的市场。

为了以正宗的姿势理解物联网这种全新的思维方式,有一个术语不得不提:CPS(Cyber-Physical Systems),中文翻译为“信息物理系统”

CPS这个名词在2006年由美国国家科学基金会NSF首次提出,并在消费电子、能源、工业、公共事业、医疗健康等领域开展了对于CPS的应用探索,随后美国将其作为抢占全球新一轮产业竞争制高点的“种子选手”。

2013年,德国《工业4.0实施建议》将CPS作为工业4.0的核心技术,在随后则重点推进以制造为导向的CPS,即CPPS(Cyber Physical Production System)。

凡事有利有弊,工业4.0将CPS作为其核心的举措,一方面让CPS受到了更加广泛的关注,另一方面也让部分人错误的认为CPS仅仅局限于工业领域,或许对于CPS的刻板印象和误解还不止于此。

看到这里,你的心中一定充满了各种疑问。因此在本文中,我将尝试探讨以下问题:

为什么看懂CPS对于理解物联网的未来尤为重要?

CPS描绘了怎样的未来蓝图?

CPS为我们更深的认知和改造物理世界,提供了哪些思路?

CPS的精髓在于数字世界

不可否认的事实是,CPS的内涵和外延一直都在持续变化,至今尚未形成统一的定义。

拆解CPS这个名词,其中既包含Cyber(数字世界),又包含Physical(物理世界),给人的第一印象是CPS是连接可见与不可见世界的“桥梁”。如果仅仅把CPS理解为“桥梁”、“总线”,或者“系统”,未免过于狭隘和短视。

英文Physical不仅是“物理”的意思,更代表蕴含在物理实体背后的客观规律。美国国家科学基金会NSF对于CPS的解释是,按照自然规则或者人为规则运行的系统,物理模型只是承载这些规则的手段之一,其它的手段还包括周边环境、相关要素、机器社群等。

目前我看到的对于CPS最好的解释是,CPS着眼于将物理设备联网,也就是将设备连接到互联网上,让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等5大功能。

CPS本质上是一个具有控制属性的网络,但它又有别于现有的控制系统。CPS的3个核心元素包括通信(communication)、计算(computation)和控制(control),值得注意的是,CPS把“通信”放在与“计算”和“控制”同等的地位上,因为在CPS强调的分布式应用系统中,物理设备集群之间的协调是离不开通信的。

CPS对网络内部设备的控制精度、远程协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量,特别是在网络规模上,可以说吊打现有的各种网络。

在美国辛辛那提大学李杰教授所著的新书《CPS新一代工业智能》中,曾经提到在电影《天空之眼》中的一个鲜活故事,让我们可以在一定程度上直观的感受到CPS的内涵。

《天空之眼》是一部以无人机反恐打击为角度切入的战争片。电影中,远程驾驶的无人机原本只需要执行空中监视任务,却在发现恐怖分子即将进行恐怖活动后,改为对其进行定点清除任务。因为袭击目标房屋的旁边有个小女孩,执行任务过程中很有可能会造成小女孩的伤亡。剧情的冲突点在于,经过计算,小女孩受伤的概率非常高,所以指挥官与操作手在无辜生命和有价任务之间徘徊、争执、选择。

在电影的一个场景中,指挥中心里的分析人员不断寻找目标房屋的射击点,以便在击杀恐怖分子的同时使小女孩被误伤的风险降到最低。这个微妙决策的诞生,其基础即为对状态和活动的精确评估及预测,涵盖了CPS的3个核心元素:

通信(communication):无人机将地面的数据和自身的状态不间断地传输到控制中心,而控制指令也能够实时地传递到无人机上。

计算(computation):这里的计算有非常明确的目的性,首先是完成任务的能力,即选择不同的瞄准点对袭击目标造成致命打击的成功率;还有在袭击过程中造成房屋边上的小女孩伤亡的风险。

控制(control):无人机的指挥中心设置在距离袭击目标数千英里的亚利桑那州,操作手能够通过实时控制系统RCS实现飞行员对飞机的一切真实操作。

在这个实例的决策过程中,对目标要求的完成程度和达成目标所要付出的代价,这两者之间的精确预测和权衡是计算的内容和目的。决策不是最终目的,对决策造成的影响进行精确化的评估和管理才是目的。

CPS将整个物理世界的规则进行建模、预测、优化和管理,CPS不仅是“桥梁”、“总线”,或者“系统”,它的精髓在于对数字世界的营造。

CPS更为本质的意义在于,它或将成为物联网互联与改造整个物理世界的一项底层思维基础。如同互联网改变了人与人、人与数字世界之间的互动一样,以CPS为核心思维的物联网将改变人与物、物与物,乃至物理世界与数字世界的互动方式。

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